JP2006178408A - スキャナ素子、光走査装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部材の加工精度のばらつきに起因して発生するミラーの共振周波数のばらつきを抑制し、ミラーの振れ角を一定にする。
【解決手段】ミラー部１の側面に慣性モーメントの変動を調整する凹凸部２０を設ける。
加工時に全体にオーバーエッチングがおこり、梁３の幅が細くなり、バネ定数が設計値ＫよりΔＫだけ小さくなる。また、ミラー１が全体に小さくなり、慣性モーメントが設計値ＩよりΔＩだけ小さくなるが、Ｋ／Ｉ＝（Ｋ＋ΔＫ）／（Ｉ＋ΔＩ）の関係がほぼ維持され、共振周波数は殆ど変化しない。
【選択図】図１

Description

本発明は、微小なミラーを揺動させて光ビームの偏向を行うスキャナ素子、該スキャナ素子を備えた光走査装置に関し、特に電子写真による露光光の走査に用いる光書込装置に関する。

近年、レーザー光等の光ビームを走査する光走査装置が、バーコードリーダ、レーザープリンタ、ヘッドマウントディスプレー等の光学機器に用いられている。この種の光スキャナとして、マイクロマシニング技術を利用した微小ミラーを揺動させる構成のものが提案されている。

図５は、マイクロマシニング技術を利用した微小ミラー（マイクロミラー）の例を示す。図５（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は平面図である。基板２は、２枚の導電性シリコン基板（２００、２０１）が絶縁性の酸化珪素膜（２０２）を介して張り付けられているＳＯＩの２層基板を用いている。同一直線上に設けた２本の梁としての弾性部材（トーションバー）３を回転軸として支持された可動板であるミラー１と、ミラー１に設けた可動電極８と、可動電極８に対向して固定部材５に設けた固定電極９を有し、可動電極８と固定電極９は分離溝６で分離されている。また、固定電極９のボンディングパッド４、可動電極８のボンディングパッド７は導電性のシリコン２００を介して各々可動電極８と固定電極９に繋がっている。光スキャナ１０は、可動電極８と固定電極９との間の静電吸引力で、２本の弾性部材３を捻り回転軸としてミラー１を往復振動させる。

このようなミラーの形成法としては、ＳＯＩの２層基板の片面にレジスト膜をスピンコートで形成し、その後、フォトリソグラフィ法でフレーム部５、ミラー部１、梁部３、可動電極部８、固定電極部９、分離溝６を形成するフォトマスクを用いてレジストを現像定着し、そのパターンを形成したレジスト膜を用いて、ドライエッチング法で酸化珪素膜面まで形状を形成する。

次いで、ＳＯＩ基板の反対面に同様にレジスト膜を形成し、フレーム部５、固定電極部９のみを残すパターンのフォトマスクでレジストのパターニングを行った後、ドライエッチングでフレーム部５、固定電極部９を除いた部分を酸化珪素膜面までエッチングする。その後、露出している酸化珪素膜をエッチングで除去し、所定の位置に電極４、７を形成する。

図６は、このような光スキャナ１０を実装するステム１２の例である。ステム１２の中央には、光スキャナ１０の揺動を妨げないように、座グリ部分１１が形成されている。この光スキャナ１０とステム１２を実装した状態を図７に示す。

また、上記したような微小ミラーを用いた光走査装置の例として、複数の光スキャナを配備した構成が提案されている。図８は、光走査装置の構成の断面を示す。ベース１０１上には複数の光スキャナ１０２が設けられている。１０３は、駆動電圧を印加する駆動装置、１０４はレーザー光源、１０５はミラー１により反射されたレーザービームである。

また、このような光走査装置を用いた画像形成装置として以下のようなものが提案されている。図９は、画像形成装置の一例であるレーザープリンタの概略構成図を示す。画像形成装置としてのレーザープリンタ１０６は、上記した構成の光走査装置１０７と、光走査装置１０７のミラー１により偏向された反射レーザー光により静電潜像が形成される感光体１０８と、感光体１０８に形成された静電潜像をトナーにより現像する現像手段１０９と、感光体１０８上に形成されたトナー像を被記録体に転写するための転写手段１１０と、被記録体を画像形成部に供給するための被記録体供給手段１１１と、被記録体上のトナー像を定着させるための定着手段１１２とを備える。

図１０は、光走査装置１０７と感光体１０８を上から見た図である。光スキャナが主走査方向に複数配置されている。レーザー光源１０４は、図示しない画像信号生成装置による画像信号に基づき発光する。レーザー光源１０４より照射されるレーサービームは、光走査装置１０７に入射する。光走査装置１０７のミラー１により偏向された反射レーザー光１０５が感光体１０８上に静電潜像を形成する。

このような画像形成装置では、光走査装置を形成する光スキャナの共振周波数のバラツキが問題となる。図１１は、各光スキャナの共振周波数ｆ０を測定した結果を示す。各光スキャナは、図１１に示すように、それぞれの共振周波数を有している。このような共振周波数のバラツキは以下のような原因で発生する。

図１２は、光スキャナの共振周波数の説明のために、光スキャナを簡易化した斜視図（ａ）と断面図（ｂ）である。同一直線上に設けた２本の梁としての弾性部材３を回転軸として支持されたミラー１と、ミラー１に設けた可動電極８と、可動電極８に対向して固定部材５に設けた固定電極９を有し、可動電極８と固定電極９との間の静電吸引力で、２本の弾性部材３を捻り回転軸としてミラー１を往復振動させる光スキャナである。上記光スキャナにおいて、ミラー１の共振周波数ｆ０は概略以下の式で与えられる。
ｆ０＝１／２π√（Ｋ／Ｉ） ・・・（式１）
但し、Ｉはミラー慣性モーメント、Ｋは２本の弾性部材（トーションバー）によって決まるバネ定数を表す。

前述したように、このような小型のミラー形成では、フォトリソグラフによるエッチングマスクの形成と、そのエッチングマスクを用いたエッチングで形状を形成することが一般に行われている。ところが、このような工程では、フォトマスクパターンの露光現像工程でレジストパターンがフォトマスクパターンに対して大きくなったり、小さくなったりする転写ばらつきや、レジストパターンに対してエッチングで加工される対象が小さくなったり、大きくなったりするオーバーエッチング、アンダーエッチングが起こる。

このように、弾性部材３は加工時によって精度にばらつきを生じる。これらの加工誤差のためトーションバーの形状が当初の設計からズレ、これによりバネ定数Ｋにばらつきが生じる。また、同様の加工誤差のためミラー形状も設計値からズレ、それがミラーの慣性モーメントの設計値からのズレとなる。

従って、式１で示される共振周波数ｆ０の値にも、ばらつきを生じることになる。複数の光スキャナを有する光走査装置において、各光スキャナ間でミラー１の共振周波数ｆ０にばらつきがあると、図１２（ｂ）に示すミラーの振れ角θにばらつきを生じる。

図１３は、トーションバーの加工誤差が共振周波数に影響を与えている一例である。測定に使用した光スキャナは、重量約１．５ｍｇ、慣性モーメント２．３×１０＾−５ｅｒｇ・ｃｍで、トーションバーの断面が０．０９ｍｍ×０．２ｍｍで、長さ２ｍｍである。図１３では、光スキャナの加工時のエッチングバラツキによる共振周波数の変動を示している。このように、設計値に対して±２μｍのエッチングバラツキが、１４０Ｈｚの共振周波数のバラツキを発生させていることがわかる。

そのため、このような光スキャナを用いた画像形成装置では、隣接する光スキャナ間によって形成される画像のつなぎ目が視認できるようになり、画質の劣化を招くという問題点がある。そこで、光スキャナの共振周波数を調整する方法が従来から提案されている。

図１４は、共振周波数を調整する第１の方法を示す（例えば、特許文献１を参照）。可動板の両端に質量負荷部１３、１４を形成したプレーナ型ガルバノミラーを動作させながら初期共振周波数と予め設定されたねらいの共振周波数の差を読みとり、照射するレーザーパルス数を計算する工程と、前記照射するレーザーパルス数に基づきレーザーを質量負荷部に照射して質量を減少して周波数を調整し、ねらい値に追い込むという方法である。

また、図１５は、共振周波数を調整する第２の方法を示す（例えば、特許文献２を参照）。第２の方法では、ミラー１の端部に、ミラー慣性モーメント調整用の櫛歯状の切片１８を設け、切片１８の歯の幅Ｗを数１００μｍとしている。この切片１８とミラー１との境界面をＣＯ２レーザー１７によるレーザービーム１５で照射し、ミラー１に対して十分小さい切片１８の温度を急激に上昇させ、ミラー１から割断する。このときに減少するミラー慣性モーメントの割合は、切片１８の割断に相当する分となるため、共振周波数の定量的な調節が可能となる。

さらに、ガルバノミラーの製造工程で、ミラーへの金属蒸着量やエッチング量を制御して共振周波数を制御する第３の方法もある（例えば、特許文献３を参照）。

特開２００２−４０３５５号公報 特開２００３−８４２２６号公報 特開２００２−４０３５３号公報

上記した第１、第２の方法では、周波数の調整に高出力のレーザー装置が必要になり、コストの上昇を招くほか、レーザー照射で飛散した物質がミラー面等に付着し、ミラーの汚染を招くという問題がある。また、ミラー面の近傍に高出力のレーザーを照射するため、ミラー構成部材の温度上昇を防ぐことが難しく、部分的なミラー部の温度上昇がミラー部の歪みを発生する。また、個別にデバイス毎の調整工程が入るため、工程数が増加し、コストが上昇する。

上記した第３の方法のような金属蒸着やエッチングでは、半導体技術などを用いて半導体ウェハー上に複数のガルバノミラー（スキャナ）をまとめて作成する場合には、ウェハー内での蒸着量やエッチング量の分布を制御することが困難であり、ウェハー内の個々のガルバノミラーを最適化することが難しい。

本発明は上記した問題点に鑑みてなされたもので、
本発明の目的は、部材の加工精度のばらつきに起因して発生するミラーの共振周波数のばらつきを抑制し、ミラーの振れ角を一定にするスキャナ素子、光走査装置および画像形成装置を提供することにある。

本発明（請求項１）は、基板に、可動板と可動板を基板に対し揺動可能に軸支するトーションバーとトーションバーを支持するフレーム部を一体に形成し、前記可動板を揺動するスキャナ素子で、設計時の可動板の慣性モーメントがＩ、トーションバーのバネ定数がＫであり、スキャナ素子の作成時の加工工程で可動板の慣性モーメントがＩ＋ΔＩ、バネ定数がＫ＋ΔＫとなるスキャナ素子において、おおよそＫ／Ｉ＝（Ｋ＋ΔＫ）／（Ｉ＋ΔＩ）となることを最も主要な特徴とする。これにより、作成時に慣性モーメント、バネ定数が設計値からズレても共振周波数はほとんど変動しない。

本発明（請求項２）は、加工工程において加工量の変動により、トーションバーのバネ定数が、設計時の値Ｋに対してΔＫ変動した場合において、設計時の可動板の慣性モーメントの設計値Ｉに対する変動量ΔＩが（ΔＫ／Ｋ）Ｉとなるように作用する慣性モーメント調整機構を可動板または可動板の周囲に具備することを特徴とする。これにより、トーションバーのバネ定数が設計値からズレてもスキャナ素子の共振周波数はほとんど変動しない。

本発明（請求項３）は、可動板の慣性モーメント調整機構は、スキャナ素子の可動板としての機能を提供する部位とは異なる部位に構成されており、加工工程の加工量の変動で慣性モーメントが変動する複数の構造物から構成されていることを特徴とする。これにより周波数調整用の構造物は分割された複数の小さな構造物として可動板の周辺に配置することができるので、スキャナ素子の可動板としての機能を阻害することなくスキャナ素子の周波数調整を行うことができる。

本発明（請求項４）は、複数の構造物の加工工程における加工量の変動でうける慣性モーメントの変動量がΔＩ（ｉ） ｉ＝１，２，３・・・ｎ（ｎは構造物の個数：整数）であるとき、ΔＩ（１）＋ΔＩ（２）＋・・・＋ΔＩ（ｎ）＝（ΔＫ／Ｋ）Ｉであるように構造物を可動板または可動板近傍に適宜配置構成したことを特徴とする。これにより可動板の周辺に配置した複数の小さな慣性モーメント調整用の構造物の作用は調整機構全体としてバネ定数の変動を補正するように慣性モーメント調整することができるので、スキャナ素子の可動板としての機能を阻害することなくスキャナ素子の周波数調整を行うことができる。

本発明（請求項５）は、加工工程の加工量の変動により、可動板の慣性モーメントが、設計時の値Ｉに対してΔＩ変動した場合において、設計時のトーションバーのバネ定数の設計値Ｋに対する変動量ΔＫが（ΔＩ／Ｉ）Ｋとなるように作用するバネ定数調整機構をトーションバーに具備することを特徴とする。これにより、可動板の慣性モーメントが設計値からズレてもスキャナ素子の共振周波数はほとんど変動しない。

本発明（請求項６）は、可動板及びトーションバーの形状を同一の加工工程によって作製する。これにより、可動板及びトーションバー加工時の加工誤差を可動板及びトーションバーが等しく受けることができ、Ｋ／Ｉ＝（Ｋ＋ΔＫ）／（Ｉ＋ΔＩ）の関係を維持しやすくなる。

本発明（請求項７）は、可動板及びトーションバーの形状を加工する加工方法がエッチングによるものである。これにより、可動板及びトーションバーの加工時に、可動板及びトーションバーは等しい量のエッチングによる加工誤差を受けることができ、Ｋ／Ｉ＝（Ｋ＋ΔＫ）／（Ｉ＋ΔＩ）の関係を維持しやすくなる。

本発明（請求項８）は、可動板の慣性モーメントの加工時の変動値ΔＩが主として可動板の加工時のオーバーエッチングまたはアンダーエッチングによる加工誤差によるものであることである。これにより、可動板及びトーションバーの加工時に、可動板及びトーションバーは等しい量のエッチングによる加工誤差を受けることができ、Ｋ／Ｉ＝（Ｋ＋ΔＫ）／（Ｉ＋ΔＩ）の関係を維持しやすくなる。

本発明（請求項９）は、トーションバーのバネ定数の加工時の変動値ΔＫが主としてトーションバーの加工時のオーバーエッチングまたはアンダーエッチングによる加工誤差によるものであることである。これにより、可動板及びトーションバーの加工時に、可動板及びトーションバーは等しい量のエッチングによる加工誤差を受けることができ、Ｋ／Ｉ＝（Ｋ＋ΔＫ）／（Ｉ＋ΔＩ）の関係を維持しやすくなる。

本発明（請求項１０）、慣性モーメント調整機構は、可動板の周辺に設けた凹凸の形状であることを特徴とする。これにより、簡易な構造の慣性モーメント調整機構での共振周波数調整が可能になる。

本発明（請求項１１）は、慣性モーメント調整機構は、可動板の内部に設けた凹部または貫通した穴部はであることを特徴とする。これにより、簡易な構造の慣性モーメント調整機構での共振周波数調整が可能になる。

本発明（請求項１２）は、可動板の周辺に凹凸の形状を設けている。これにより、凹凸部の形状で可動板の加工変動による影響をうける範囲を調整できるので、加工変動による慣性モーメントの変動が制御しやすくなる。

本発明（請求項１３）は、可動板の内部に凹部または貫通した穴部を設けている。これにより、凹部または貫通部の形状で可動板の加工変動による影響をうける範囲を調整できるので、加工変動による慣性モーメントの変動が制御しやすくなる。

本発明（請求項１４）の光走査装置は、スキャナ素子と光源を備えることにより、制御性の良いミラーの揺動を行うことで、制御性の高い光の走査を行うことが可能になる。

本発明（請求項１５）の画像形成装置は、光走査装置と、該光走査装置により静電潜像を形成する感光体と、該静電潜像をトナーにより顕像化する現像手段と、トナー像を用紙に転写する転写手段とを有することにより、制御性の良い光の走査を行うことで、高画質の画像の出力が可能になる。

本発明（請求項１６）の画像形成装置は、光走査装置を複数搭載していることにより、
制御性の良い光の走査を行うことで、高画質の画像の出力が可能になる。

本発明（請求項１）のスキャナ素子は、作成時に慣性モーメント、バネ定数が設計値からズレても共振周波数がほとんど変動しない。

本発明（請求項２）のスキャナ素子は、トーションバーのバネ定数が設計値からズレてもスキャナ素子の共振周波数はほとんど変動しない。

本発明（請求項３、４）のスキャナ素子は、スキャナ素子の可動板としての機能を阻害することなくスキャナ素子の周波数調整を行うことができる。

本発明（請求項５）のスキャナ素子は、可動板の慣性モーメントが設計値からズレてもスキャナ素子の共振周波数はほとんど変動しない。

本発明（請求項６）のスキャナ素子は、可動板及びトーションバー加工時の加工誤差を可動板及びトーションバーが等しく受けることができ、作成時に慣性モーメント、バネ定数が設計値からズレても共振周波数がほとんど変動しない。

本発明（請求項７〜９）のスキャナ素子は、可動板及びトーションバーのエッチングによる加工時の加工誤差を可動板及びトーションバーが等しく受けることができ、作成時に慣性モーメント、バネ定数が設計値からズレても共振周波数がほとんど変動しない。

本発明（請求項１０〜１３）のスキャナ素子は、可動板及びトーションバー加工時の加工誤差を可動板及びトーションバーが等しく受けることができるような構造を採っているので、作成時に慣性モーメント、バネ定数が設計値からズレても共振周波数がほとんど変動しない。

本発明（請求項１４）においては、高精度に共振周波数が調整された光スキャナ素子を提供できる。

本発明（請求項１５）においては、制御性の良いミラーの揺動を行うことで、制御性の高い光の走査を行うことが可能になる。

本発明（請求項１６）においては、制御性の良い光の走査を行うことで、高画質の画像の出力が可能になる。

以下、発明の実施の形態について図面により詳細に説明する。

実施例１：
図１は、本発明の実施例１の光スキャナ素子を示す。図１（ａ）はその斜視図、（ｂ）は平面図である。図１の参照番号１〜１０で示す各構成要素は、前述した図５のものと同様である。基板２は、２枚の導電性シリコン基板（２００、２０１）が絶縁性の酸化珪素膜（２０２）を介して張り付けられているＳＯＩの２層基板を用いている。同一直線上に設けた２本の梁３としての弾性部材（トーションバー）を回転軸として支持された可動板であるミラー１と、ミラー１に設けた可動電極８と、可動電極８に対向して固定部材５に設けた固定電極９を有し、可動電極８と固定電極９は分離溝６で分離している。

固定電極９のボンディングパッド４、可動電極８のボンディングパッド７は導電性のシリコン２００を介して各々可動電極８と固定電極９に繋がっている。可動電極８と固定電極９との間の静電吸引力で、２本の弾性部材３を捻り回転軸としてミラー１を往復振動させる。

実施例１では、ミラー１の側面に、慣性モーメント調整機構として凹凸形状２０が形成されている。本実施例のミラーの形成法を説明すると、まず、ＳＯＩの２層基板の片面にレジスト膜をスピンコートで形成し、その後、フォトリソグラフィ法でフレーム部５、ミラー部１、梁部３、可動電極部８、固定電極部９、凹凸部２０、分離溝６を形成するフォトマスクを用いてレジストを現像定着し、そのパターンを形成したレジスト膜を用いて、ドライエッチング法で酸化珪素膜面まで形状を形成する。

次いで、ＳＯＩ基板の反対面に同様にレジスト膜を形成し、フレーム部５、固定電極部９のみを残すパターンのフォトマスクでレジストのパターニングを行った後、ドライエッチングでフレーム部５、固定電極部９を除いた部分を酸化珪素膜面までエッチングする。その後、露出している酸化珪素膜をエッチングで除去し、その後、所定の位置に電極４、７を形成する。

ドライエッチングによる形状の形成時には、前述したように設計値と実際の形状がズレる加工誤差が生じ、そのため梁部３のバネ定数Ｋ、ミラー１の慣性モーメントＩが共に、設計値からズレてしまう。

これに対して、本発明の実施例１では、ミラー部１に慣性モーメントの変動を調整する慣性モーメント調整機構としての凹凸部２０を設けているので、加工時に全体にオーバーエッチングまたはアンダーエッチングがおこった場合、たとえばオーバーエッチングが起きた場合には、梁３の幅が細くなりバネ定数が設計値ＫよりΔＫだけ小さくなっても、またミラー１が全体に小さくなり、慣性モーメント調整機構により慣性モーメントが設計値Ｉより（ΔＫ／Ｋ）Ｉだけ小さくなるので、オーバーエッチングによりバネ常数が設計値からΔＫだけずれ、慣性モーメントが設計値からΔＩだけズレても、Ｋ／Ｉ＝（Ｋ＋ΔＫ）／（Ｉ＋ΔＩ）となりバネ常数と慣性モーメントの比は変わらないので、共振周波数は変化しない。同様にアンダーエッチングが起きた場合は、オーバーエッチングとは反対に梁３の幅が太くなり、ミラー１が全体に大きくなるが慣性モーメント調整機構により同様に、バネ常数と慣性モーメントの比は変わらないので、共振周波数は変化しない。

また、図１に示す複数の凹凸部は複数の構造物である。この複数の構造物の各々の慣性モーメントをI1、I2、・・・Ii、・・・Inとし、加工量の変動による慣性モーメントの変動量をΔI1、ΔI2、ΔI3、・・・、ΔIi、・・・ΔＩnとしたとき、構造物のトータルの慣性モーメントの変動を（ΔＫ／Ｋ）＊Ｉにするように配置している。

一例を挙げると、設計時のミラーの総周囲長を約２４５５００（μｍ）、重量１．５（ｍｇ）、全体積０．６７（ｍｍ＾３）、慣性モーメント２．９８×１０＾−５（ｋｇｆ・ｓ２／ｃｍ）、梁長さ１９５０（μｍ）、梁幅９４（μｍ）、バネ定数２９４４０（ｋｇｆ・ｃｍ／ｒａｄ）、共振周波数５０００（Ｈｚ）のミラーが加工時のオーバーエッチングにより、全体に２（μｍ）小さくなってしまった時の慣性モーメントは２．６４×１０＾−５（ｋｇｆ・ｓ２／ｃｍ）、バネ定数は２６１６０（ｋｇｆ・ｃｍ／ｒａｄ）であり、Ｋ／Ｉ＝９８５５８７４５０、（Ｋ＋ΔＫ）／（Ｉ＋ΔＩ）＝９８８５５１２５０となり、ほとんど一致している。

そして、共振周波数は設計値で４９９６Ｈｚ、加工後で５００４Ｈｚとなり、共振周波数の変動もわずかな値に抑えられている。図２は、エッチングが設計値に対して±２μｍズレた場合の共振周波数のバラツキを示すが、このように非常に小さなバラツキに抑えることができる。

図３は、このようなマイクロミラー１０をステム１２に実装した状態を示す。このようなマイクロミラーを用いることにより、コストのかかる調整工程を用いずに品質のバラツキが小さなスキャナを提供できる。

実施例２：
図４は、本発明の実施例２の光スキャナ素子を示す。図４（ａ）はその斜視図、（ｂ）は平面図である。図４に示す各構成要素は、ミラーを除き前述した図１のものと同様である。

実施例２では、ミラー１（可動板の内部）に、慣性モーメント調整機構として角形形状の貫通部２１（複数の構造物）が形成されている。本実施例のミラーの形成法を説明すると、まず、ＳＯＩの２層基板の片面にレジスト膜をスピンコートで形成し、その後、フォトリソグラフィ法でフレーム部５、ミラー部１、梁部３、可動電極部８、固定電極部９、角形貫通部２１、分離溝６を形成するフォトマスクを用いてレジストを現像定着し、そのパターンを形成したレジスト膜を用いて、ドライエッチング法で酸化珪素膜面まで形状を形成する。

次いで、ＳＯＩ基板の反対面に同様にレジスト膜を形成し、フレーム部５、固定電極部９のみを残すパターンのフォトマスクでレジストのパターニングを行った後、ドライエッチングでフレーム部５、固定電極部９を除いた部分を酸化珪素膜面までエッチングする。その後、露出している酸化珪素膜をエッチングで除去し、所定の位置に電極４、７を形成する。

ドライエッチングでの形状の形成時には前述したように設計値と実際の形状がズレる加工誤差が生じ、そのため梁部のバネ定数、ミラーの慣性モーメントが共に、設計値からズレてしまう。

これに対して、実施例２では、ミラー部１に慣性モーメントの変動を調整する慣性モーメント調整機構として貫通部２１を設けているので、加工時に全体にオーバーエッチングまたはアンダーエッチングがおこった場合、たとえばオーバーエッチングが起きた場合には、梁３の幅が細くなりバネ定数が設計値ＫよりΔＫだけ小さくなっても、またミラー１が全体に小さくなり、慣性モーメント調整機構により慣性モーメントが設計値Ｉより（ΔＫ／Ｋ）Ｉだけ小さくなるので、オーバーエッチングによりバネ常数が設計値からΔＫだけずれ、慣性モーメントが設計値からΔＩだけズレても、Ｋ／Ｉ＝（Ｋ＋ΔＫ）／（Ｉ＋ΔＩ）となりバネ常数と慣性モーメントの比は変わらないので、共振周波数は変化しない。同様にアンダーエッチングが起きた場合は、オーバーエッチングとは反対に梁３の幅が太くなり、ミラー１が全体に大きくなるが慣性モーメント調整機構により同様に、バネ常数と慣性モーメントの比は変わらないので、共振周波数は変化しない。

このように、マイクロミラー内のミラーとしての機能に使われない部分に多数の開口部２１を設けることで、加工時のバラツキによる影響を抑えることができ、このようなマイクロミラーを用いることにより、コストのかかる調整工程を用いることなく品質のバラツキが小さい光スキャナ素子を提供できる。

実施例３：
図１６は、本発明の実施例３の光スキャナ素子を示す。図１６（ａ）はその斜視図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は平面図である。図１６に示す各構成要素は、ミラーを除き前述した図１のものと同様である。

実施例３では、トーションバーとして作用する梁部３に、バネ常数調整機構として角形形状の貫通部２２が形成されている。本実施例のミラーの形成法を説明すると、まず、ＳＯＩの２層基板の片面にレジスト膜をスピンコートで形成し、その後、フォトリソグラフィ法でフレーム部５、ミラー部１、梁部３、可動電極部８、固定電極部９、角形貫通部２２、分離溝６を形成するフォトマスクを用いてレジストを現像定着し、そのパターンを形成したレジスト膜を用いて、ドライエッチング法で酸化珪素膜面まで形状を形成する。

次いで、ＳＯＩ基板の反対面に同様にレジスト膜を形成し、フレーム部５、固定電極部９のみを残すパターンのフォトマスクでレジストのパターニングを行った後、ドライエッチングでフレーム部５、固定電極部９を除いた部分を酸化珪素膜面までエッチングする。その後、露出している酸化珪素膜をエッチングで除去し、所定の位置に電極４、７を形成する。

ドライエッチングでの形状の形成時には前述したように設計値と実際の形状がズレる加工誤差が生じ、そのため梁部のバネ定数、ミラーの慣性モーメントが共に、設計値からズレてしまう。

これに対して、実施例３では、梁部３にバネ常数の変動を調整するバネ常数調整機構として貫通部２２を設けているので、加工時に全体にオーバーエッチングまたはアンダーエッチングがおこった場合、たとえばオーバーエッチングが起きた場合には、ミラー部１の面積が小さくなり慣性モーメントが設計値ＩよりΔＩだけ小さくなっても、また梁部３の幅も狭くなり、バネ常数調整機構によりバネ常数が設計値Ｋより（ΔＩ／Ｉ）Ｋだけ小さくなるので、オーバーエッチングによりバネ常数が設計値からΔＫだけずれ、慣性モーメントが設計値からΔＩだけズレても、Ｋ／Ｉ＝（Ｋ＋ΔＫ）／（Ｉ＋ΔＩ）となりバネ常数と慣性モーメントの比は変わらないので、共振周波数は変化しない。同様にアンダーエッチングが起きた場合は、オーバーエッチングとは反対にミラー１の面積が大きくなり、梁３の幅も広くなるがバネ常数調整機構により同様に、バネ常数と慣性モーメントの比は変わらないので、共振周波数は変化しない。

このように、マイクロミラー内のミラーとしての機能に使われない部分に開口部２２を設けることで、加工時のバラツキによる影響を抑えることができ、このようなマイクロミラーを用いることにより、コストのかかる調整工程を用いることなく品質のバラツキが小さい光スキャナ素子を提供できる。

上記した実施例１、２、３の光スキャナ素子を用いて図８に示す光走査装置を構成することができる。また、本発明の光スキャナ素子を用いた光走査装置によって、図９、１０に示す画像形成装置を構成することができる。

以上、説明したように、本発明により、弾性部材を捻り回転軸としてミラーを往復振動させて光源からの照射光を偏向する光スキャナの部材の加工精度のばらつきによって生じるミラーの共振周波数のばらつきを抑制し、コストのかかる調整工程が無くても（つまり、ΔＫ、ΔＩの調整が不要である構造を採っている）ミラーの振れ角を一定にする光スキャナを有する光走査装置を提供することができる。更には、上記した光走査装置を備え、隣接する光スキャナ間でミラーの振れ角にばらつきを生じることなく、良好な画質の画像形成を行うことができる画像形成装置を提供できる。

本発明の実施例１の光スキャナ素子を示す。 本発明によって共振周波数のバラツキを抑えた図を示す。 本発明のマイクロミラーをステムに実装した状態を示す。 本発明の実施例２の光スキャナ素子を示す。 従来の微小ミラーの例を示す。 光スキャナを実装するステムの例を示す。 光スキャナをステムに実装した状態を示す。 光走査装置の構成の断面を示す。 画像形成装置の一例であるレーザープリンタの概略構成図を示す。 光走査装置と感光体を上から見た図である。 各光スキャナの共振周波数を測定した結果を示す。 従来の光走査装置に用いられる光スキャナの斜視図（ａ）と断面図（ｂ）を示す。 トーションバーの加工誤差が共振周波数に影響を与えている一例を示す。 共振周波数を調整する第１の従来方法を示す。 共振周波数を調整する第２の従来方法を示す。 本発明の実施例３の光スキャナ素子を示す。

符号の説明

１ ミラー
２ 基板
３ トーションバー
４、７ ボンディングパッド
５ 固定部材
６ 分離溝
８ 可動電極
９ 固定電極
１０ 光スキャナ
２０ 凹凸部

Claims (16)

1. 基板と、可動板と、該可動板を前記基板に対し揺動可能に支持するトーションバーと、前記基板に一体に形成し、前記トーションバーを支持するフレーム部とを有するスキャナ素子であって、スキャナ素子の設計時の可動板の慣性モーメントがＩ、トーションバーのバネ定数がＫであり、スキャナ素子の作成時の加工工程で可動板の慣性モーメントがＩ＋ΔＩ、バネ定数がＫ＋ΔＫとなるスキャナ素子において、設計時のＫ／Ｉと作成時の（Ｋ＋ΔＫ）／（Ｉ＋ΔＩ）が略等しいことを特徴とするスキャナ素子。
2. 請求項１記載のスキャナ素子において、加工工程における加工量の変動により、前記トーションバーのバネ定数が設計時の値Ｋに対してΔＫ変動した場合に、設計時の可動板の慣性モーメントの設計値Ｉに対する変動量ΔＩが（ΔＫ／Ｋ）Ｉとなるように作用する慣性モーメント調整機構を、前記可動板または可動板の周囲に具備することを特徴とするスキャナ素子。
3. 請求項２記載のスキャナ素子において、前記可動板の慣性モーメント調整機構は、スキャナ素子の可動板としての機能を提供する部位とは異なる部位に構成され、加工工程の加工量の変動により慣性モーメントが変動する複数の構造物から構成されていることを特徴とするスキャナ素子。
4. 請求項３記載のスキャナ素子において、前記複数の構造物の加工工程における加工量の変動による慣性モーメントの変動量がΔＩ（ｉ） ｉ＝１，２，３・・・ｎ（ｎは構造物の個数：整数）であるとき、ΔＩ（１）＋ΔＩ（２）＋・・・＋ΔＩ（ｎ）＝（ΔＫ／Ｋ）Ｉであるように構造物を可動板または可動板近傍に適宜配置構成したことを特徴とするスキャナ素子。
5. 請求項１記載のスキャナ素子において、加工工程の加工量の変動により、前記可動板の慣性モーメントが設計時の値Ｉに対してΔＩ変動した場合に、設計時のトーションバーのバネ定数の設計値Ｋに対する変動量ΔＫが（ΔＩ／Ｉ）Ｋとなるように作用するバネ定数調整機構をトーションバーに具備することを特徴とするスキャナ素子。
6. 請求項１記載のスキャナ素子において、前記可動板およびトーションバーの形状を同一の加工工程によって作製することを特徴とするスキャナ素子。
7. 請求項６記載のスキャナ素子において、前記同一の加工工程はエッチングによる工程であることを特徴とするスキャナ素子。
8. 請求項１記載のスキャナ素子において、前記可動板の慣性モーメントの加工時の変動値ΔＩは、可動板の加工時のオーバーエッチングまたはアンダーエッチングによる加工誤差によるものであることを特徴とするスキャナ素子。
9. 請求項１記載のスキャナ素子において、前記トーションバーのバネ定数の加工時の変動値ΔＫは、トーションバーの加工時のオーバーエッチングまたはアンダーエッチングによる加工誤差によるものであることを特徴とするスキャナ素子。
10. 請求項２のスキャナ素子において、前記慣性モーメント調整機構は、前記可動板の周辺に設けた凹凸の形状であることを特徴とするスキャナ素子。
11. 請求項２のスキャナ素子において、前記慣性モーメント調整機構は、前記可動板の内部に設けた凹部または貫通した穴部であることを特徴とするスキャナ素子。
12. 請求項６のスキャナ素子において、前記可動板の周辺に凹凸の形状を設けていることを特徴とするスキャナ素子。
13. 請求項６のスキャナ素子において、前記可動板の内部に凹部または貫通した穴部を設けていることを特徴とするスキャナ素子。
14. 請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のスキャナ素子と、光源とを備えることを特徴とする光走査装置。
15. 請求項１４記載の光走査装置と、該光走査装置により静電潜像を形成する感光体と、該静電潜像をトナーにより顕像化する現像手段と、トナー像を用紙に転写する転写手段とを備えることを特徴とする画像形成装置。
16. 請求項１５記載の画像形成装置において、請求項８記載の光走査装置を複数搭載していることを特徴とする画像形成装置。

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